促进甲醇—丙酸甲酯分离的离子液体筛

发布时间：2020-06-04 06:10

【摘要】：丙酸甲酯是重要的工业原料,在工业上常被用作香料添加剂以及甲基丙烯酸甲酯合成的中间体。丙酸甲酯由甲醇与丙酸酯化得到,其与甲醇形成的共沸体系将会增加后续分离的难度。基于离子液体极低的挥发性等不同于常规溶剂的特点,采用离子液体萃取分离共沸体系的研究日益受到关注。本文通过理论研究与实验验证的方式,筛选出了适合甲醇-丙酸甲酯共沸体系萃取精馏的潜在添加剂,并测定了等压下甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+离子液体(3)的三元汽液相平衡数据,通过NRTL方程对实验数据进行了关联,并利用过程模拟软件Aspen Plus设计并模拟了萃取精馏过程,为其工业化运用提供理论参考。采用COSMO-SAC模型预测了由14种阳离子如咪唑阳离子、吡咯阳离子,以及卤素阴离子、硫酸酯阴离子等14种阴离子所构成的196种离子液体对甲醇-丙酸甲酯混合物汽液相平衡的影响,筛选出了潜在的三种离子液体添加剂1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMIM][NTf2])、1-丁基-2,3-二甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMMIM][NTf2])与1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([HMIM][NTf2]),并计算了离子液体与甲醇和丙酸甲酯之间的相互作用能和表面电荷密度分布,从分子层面分析了离子液体促进甲醇-丙酸甲酯共沸体系分离的机理,发现离子液体与丙酸甲酯的相互作用能大于甲醇与丙酸甲酯之间的相互作用能,从而提升了甲醇的相对挥发度。利用Ellis平衡釜,测定了不同离子液体浓度下甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+[BMIM][NTf2](3),甲醇(1)+ 丙酸甲酯(2)+[BMMIM][NTf2](3)以及甲醇(1)+丙酸甲酯(2)+[HMIM][NTf2](3)三元体系的汽液平衡数据。结果表明,三种离子液体均可促进甲醇-丙酸甲酯共沸体系的分离,分离效果随离子液体浓度的增加而提升,当离子液体浓度x3=0.2时可基本消除共沸点,且[HMIM][NTf2]离子液体的分离效果明显好于另外两种添加剂。利用NRTL模型关联了实验数据,回归得出二元交互参数。利用Aspen Plus软件建立了以[HMIM][NTf2]为添加剂的甲醇-丙酸甲酯萃取精馏过程,模拟了离子液体在萃取精馏中的应用效果,研究了塔板数等操作条件对萃取精馏过程产物以及能耗的影响,优化了工艺条件,确定了工艺参数,为离子液体实际运用于共沸体系萃取精馏提供了基础数据与理论参考。
【图文】：

图１．３汽液平衡测定装置逡逑邋Ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ邋（ａ，邋Ｏｔｈｍｅｒ邋Ｓｔｉｌｌ；邋ｂ，邋Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ液双循环法在气相单循环的基础上，使用Ｃｏｔｔｒｅｌｌ泵等设备令液相强制循由平衡装置上部引出，冷凝后回流入平衡装置的底部液相中，鼓泡上升；循环泵，返回平衡装置的上部，并与上升的气相接触。双循环可以大程度传质速率，消除浓度梯度，使体系在最短的时间内达到平衡状态，且平衡准确，部分冷凝现象也可基本消除，因此是现在较为常用的汽液平衡数据文第三章中将使用双循环法进行汽液相平衡数据的测定，使用的装置为Ｅｌｌｉ环法测定汽液相平衡数据所得到的结果较为准确可靠，且平衡时间较短，是需要在实验过程中注意减少雾沫夹带现象的发生，以及尽可能避免从平送入分析仪器这一过程中的部分冷凝或者部分汽化现象的发生。逡逑间接测定法逡逑１）沸点仪法逡逑

（ａ）逦（ｂ）逡逑图２．２不同阴离子对甲醇相对挥发度影响的ＣＯＳＭＯ－ＳＡＣ预测结果逡逑（ｐ＝１０１．３ｋＰａ，幻＝０．２，阳离子＝｜Ｐ＿ｍ＿ｍ｜＋）逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｖｏｌａｔｉｌｉｔｉｅｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｍｅｔｈａｎｏｌ（ｌ）邋＋邋ｍｅｔｈｙｌ邋ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ（２）邋＋邋ＩＬ（３）邋ｓｙｓｔｅｍｓ邋ａｔ邋１０１．３ｋＰａ逡逑ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ邋ｂｙ邋ＣＯＳＭＯ－ＳＡＣ邋ｍｏｄｅｌ：ｘ．ｉ＝０．２，邋ｃａｔｉｏｎ＝［Ｐ４４４４］＋逡逑随后，固定阴离子为双三氟甲磺酰亚胺离子（［ＮＴｆ２］＿），，更换不同的阳离子来考察逡逑不同离子液体对甲醇－丙酸甲酯共沸体系相平衡的影响，所得的相对挥发度结果如图２．３逡逑（ａ）、（ｂ）所示。由预测图所示结果可知，所有离子液体均能使甲醇在其全浓度范围逡逑内的相对挥发度ａｌ２大于１，表明这１４种离子液体均能消除甲醇与丙酸甲酯的共沸点，逡逑同时我们发现
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O658.2;TQ225.24

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本文编号：2695995